JP4960748B2

JP4960748B2 - アキシャルギャップ型モータ

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Publication number: JP4960748B2
Application number: JP2007108128A
Authority: JP
Inventors: 博文新; 恵一山本; 昇栄阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: JP2008271641A

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。

従来、例えばロータの回転軸方向の両側からロータを挟みこむ１対のステータを備えたモータにおいて、１対のステータの一方の着磁状態と他方の着磁状態とを所定角度だけずらすことでコギングトルクを低減させたモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２４５４５８号公報

ところで、上記従来技術に係るモータにおいては、１対のステータ同士の着磁状態に角度ずれが存在することから、回転軸方向に磁化されたロータの永久磁石による界磁磁束を、１対のステータ間で掃引するようにして各ステータの固定子巻線に効率良く鎖交させることが困難であると共に、１対のステータ間において回転磁界を発生する磁束（固定子磁束）を効率良くロータに鎖交させることができずに、モータの運転効率が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転効率の低下を防止しつつ、回転方向に作用する磁気吸引力に起因するコギングトルクの発生を抑制することが可能なアキシャルギャップ型モータを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータは、互いの回転軸が同軸に連結された複数のモータユニット（例えば、実施の形態での第１モータユニット１０ａおよび第２モータユニット１０ｂ）を備え、前記モータユニットは、回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、実施の形態でのロータ１１）と、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込むように対向配置された１対の第１ステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）および第２ステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）を備え、前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石（例えば、実施の形態での主永久磁石片４１）を備え、前記第１ステータおよび前記第２ステータは、周方向に配置されて前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出すると共に互いに同位相となるように配置された複数のティース（例えば、実施の形態でのティース２２）を備え、前記複数のモータユニットのうち、少なくとも２つの適宜のモータユニットの一方および他方に対し、前記一方の前記ロータの前記複数の主永久磁石と、前記他方の前記ロータの前記複数の主永久磁石とは、互いに同位相となるように配置され、前記一方の前記１対の第１ステータおよび第２ステータの前記複数のティースと、前記他方の前記１対の第１ステータおよび第２ステータの前記複数のティースとは、互いに所定位相差を有するように配置されている。

さらに、本発明の第２態様に係るアキシャルギャップ型モータは、前記ロータの回転位置を検出する単一の位置検出手段（例えば、実施の形態での位置センサ５５）を備える。

さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石（例えば、実施の形態での副永久磁石片４３）を備える。

さらに、本発明の第４態様に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）は、前記モータユニットの極対数ｎと、前記ティースの周方向幅または周方向で隣り合う前記ティース間のスロットの周方向幅に相当する電気角度ｄ（ｅｄｅｇ）とに基づく所定数式（０＜Ｄ≦（３６０／ｎ）−（ｄ／２））により設定されている。

本発明の第１態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、複数のモータユニットのロータ同士は同位相とされた状態で、複数のモータユニットの各ステータ同士は所定位相差を有することから、複数のモータユニットで発生するコギングトルク同士が相殺するようにして、コギングトルクの総量を低減することができると共に、トルクリップルを低減することができる。
さらに、本発明の第２態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、複数のモータユニットに対して共通となる単一の位置検出手段によって互いに同軸に連結された回転軸の回転位置を検出することができ、この位置検出手段の検出結果に基づき、アキシャルギャップ型モータの運転を適切に制御することができる。

さらに、本発明の第３態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、主永久磁石と副永久磁石とによる所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果によって界磁磁束を適切に収束させつつ、回転軸方向で対をなす第１および第２ステータ間で界磁磁束を掃引することができ、各ステータの固定子巻線に鎖交する磁束量を増大させることができる。
さらに、本発明の第４態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、モータユニットの極対数ｎと、ティースの周方向幅または周方向で隣り合うティース間のスロットの周方向幅の何れか小さいほう相当する電気角度ｄ（ｅｄｅｇ）とに基づき、所定数式（０＜Ｄ≦（３６０／ｎ）−（ｄ／２））により所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）が設定されることから、コギングトルクの総量を適切に低減することができ、アキシャルギャップ型モータの運転時の騒音や振動の発生を抑制することができる。

以下、本発明のアキシャルギャップ型モータの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１および図２に示すように、互いの回転軸が同軸に連結された複数、例えば２つの第１モータユニット１０ａおよび第２モータユニット１０ｂを備えて構成され、各モータユニット１０ａ，１０ｂは、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向の両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線（例えば、図３に示す各固定子巻線１２ａ）を有する１対のステータ１２，１２とを備えて構成されている。

このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

各ステータ１２は、略円環板状のヨーク部２１と、ロータ１１に対向するヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸Ｏ方向に沿ってロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２，…，２２と、適宜のティース２２，２２間に装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。

各ステータ１２は、例えば主極が６個（例えば、Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋，Ｕ⁻，Ｖ⁻，Ｗ⁻）とされた６Ｎ型であって、一方のステータ１２の各Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋極に対して、他方のステータ１２の各Ｕ⁻，Ｖ⁻，Ｗ⁻極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。
例えば回転軸Ｏ方向で対向する１対のステータ１２，１２に対し、Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋極およびＵ⁻，Ｖ⁻，Ｗ⁻極の一方に対応する一方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋極およびＵ⁻，Ｖ⁻，Ｗ⁻極の他方に対応する他方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２とが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する一方のステータ１２のティース２２と、他方のステータ１２のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。

そして、ティース２２の周方向幅は、例えば径方向の内方から外方に向かい、例えば内周側幅Ｔａから外周側幅Ｔｂ（＞Ｔａ）へと漸次増大し、周方向で隣り合うティース２２，２２同士間の周方向での間隔、つまり周方向で隣り合うティース２２，２２間に形成されて径方向に伸びるスロット２３のスロット幅は、径方向において所定の一定値となるように設定されている。

ロータ１１は、複数の主磁石極部３１，…，３１と、複数の副磁石部３２，…，３２と、非磁性材からなるロータフレーム３３とを備えて構成され、主磁石極部３１と副磁石部３２とは、周方向において交互に配置された状態で、ロータフレーム３３内に収容されている。

ロータフレーム３３は、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ３４，…，３４によって接続された内周側筒状部３５と外周側筒状部３６と、内周側筒状部３５の内周面上から内方に向かい突出する円環板状に形成され、外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続される接続部３７とを備えて構成されている。
この実施の形態では、ロータフレーム３３の内周側筒状部３５が外部の駆動軸に接続されることから、径方向リブ３４の径方向の内方側がシャフト部側となり、径方向リブ３４の径方向の外方側がリム部側となる。

径方向リブ３４の径方向に対する断面積は、径方向において所定の一定値となるように設定されている。そして、径方向リブ３４の周方向幅は、後述する副永久磁石片４３の周方向幅と同等とされている。また、径方向リブ３４の回転軸Ｏ方向の厚さは、径方向において所定の一定値となるように設定されている。

主磁石極部３１は、厚さ方向（つまり、回転軸Ｏ方向）に磁化された略扇形板状の主永久磁石片４１と、この主永久磁石片４１を厚さ方向の両側から挟み込む１対の略扇形板状の磁性材部材４２，４２とを備えて構成され、周方向で隣り合う主磁石極部３１，３１の各主永久磁石片４１，４１は、例えば図３に示すように、磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。

そして、ロータフレーム３３内に収容された複数の主磁石極部３１，…，３１は、径方向の両側から内周側筒状部３５と外周側筒状部３６とにより挟み込まれると共に、径方向リブ３４を介して周方向で隣り合うように配置されている。
ロータフレーム３３内において、各主磁石極部３１の主永久磁石片４１は２つの径方向リブ３４によって周方向の両側から挟み込まれ、主永久磁石片４１の回転軸Ｏ方向での厚さは、径方向リブ３４と同様に、径方向において所定の一定値となるように設定されている。
また、磁性材部材４２の回転軸Ｏ方向での厚さは、後述する副永久磁石片４３と同様に、径方向において所定の一定値となるように設定されている。

副磁石部３２は、例えば図２および図３に示すように、ロータフレーム３３内において回転軸Ｏ方向の両側から径方向リブ３４を挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３を備えて構成され、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３は、例えば図３に示すように、それぞれ回転軸Ｏ方向および径方向に直行する方向（略周方向）に磁化され、互いに磁化方向が異方向とされている。
副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向での厚さは、磁性材部材４２と同様に、径方向において所定の一定値であって、副永久磁石片４３の周方向幅は径方向リブ３４の周方向幅と同等とされている。
そして、ロータフレーム３３内において、周方向で隣り合う副磁石部３２，３２の副永久磁石片４３，４３同士は、主磁石極部３１の磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込んでいる。
なお、ロータ１１のロータフレーム３３とロータフレーム３３以外の構成要素（つまり、主磁石極部３１および副磁石部３２）とを分離して示す図２においては、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３間および周方向で隣り合う主永久磁石片４１，４１間に、ロータフレーム３３の径方向リブ３４が配置される空間部３４ａが形成されている。

磁性材部材４２を介して周方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３同士は、例えば図３に示すように、互いに磁化方向が異方向とされている。
そして、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させ、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。

つまり、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側において磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＮ極が周方向で対向するように配置され、回転軸Ｏ方向の他方側において磁性材部材４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＳ極が周方向で対向するように配置されている。
これにより、所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主永久磁石片４１および各副永久磁石片４３，４３の各磁束が収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。

そして、この実施の形態では、２つの第１モータユニット１０ａと第２モータユニット１０ｂとの間で、互いのロータ１１，１１同士は同位相となるように配置され、互いのステータ１２，１２同士は、例えば下記数式（１）に示す所定位相差Ｄ（電気角：ｅｄｅｇ）を有するように配置されている。
なお、下記数式（１）において、所定位相差Ｄ（電気角：ｅｄｅｇ）は、各モータユニット１０ａ，１０ｂの極対数ｎと、各ステータ１２のティース２２の周方向幅または周方向で隣り合うティース２２，２２間のスロット２３の周方向幅のうち何れか小さい方（例えば、図３ではスロット２３の周方向幅）に相当する電気角度ｄ（ｅｄｅｇ）とに基づき記述されている。

例えば図２および図４に示すように、各モータユニット１０ａ，１０ｂが６極対（つまり極対数ｎ＝６）である場合には、機械角の６０°（ｄｅｇ）毎に電気角は０°（ｅｄｅｇ）となり、各ステータ１２のティース２２の周方向幅ｄｔとスロット２３の周方向幅ｄｓとのうち何れか小さい方に相当する電気角度ｄ（ｅｄｅｇ）に基づく
所定数式（０＜Ｄ≦６０−（ｄ／２））
により設定される所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）により、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。

なお、図４に示すステータ１２では、周方向で隣り合うティース２２とスロット２３同士の中心位置間に対応する位相は電気角で３０°（ｅｄｅｇ）であり、周方向で隣り合うティース２２，２２同士の中心位置間に対応する位相は電気角で６０°（ｅｄｅｇ）である。

例えば図５に示す６極対（つまり極対数ｎ＝６）でのコギングトルクの位相に応じた変化の一例では、各モータユニット１０ａ，１０ｂの何れか一方のみを備えて構成される第１比較例でのアキシャルギャップ型モータに対して、２つの第１モータユニット１０ａと第２モータユニット１０ｂとの間で、単に、互いのステータ１２，１２同士が同位相に配置されている第２比較例でのアキシャルギャップ型モータでは、コギングトルクの大きさがほぼ倍増している。
これに対して、２つの第１モータユニット１０ａと第２モータユニット１０ｂとの間で、互いのステータ１２，１２同士の位相差を、電気角度Ｄ＝（３×６）（ｅｄｅｇ）とした第１実施例または電気角度Ｄ＝（７×６）（ｅｄｅｇ）とした第２実施例でのアキシャルギャップ型モータでは、第２比較例でのアキシャルギャップ型モータに比べて、磁気吸引力に起因して回転方向に作用するトルクは同程度としつつ、コギングトルクの大きさ（つまり、回転変動の大きさ）をほぼ半減させることができ、第１比較例でのアキシャルギャップ型モータに比べて、磁気吸引力に起因して回転方向に作用するトルクはほぼ倍増させつつ、コギングトルクの大きさをほぼ同程度とさせることができる。
つまり、アキシャルギャップ型モータ１０を、第１モータユニット１０ａおよび第２モータユニット１０ｂによって、いわば２層化することにより、出力可能なトルクは低減させずに、無通電時のコギングトルクおよび通電時のトルクリップルを適切に低減することができ、反回転方向のバックトルクの発生を抑制することができ、アキシャルギャップ型モータ１０の運転時の騒音や振動の発生を抑制することができる。

なお、図５に示す第１比較例および第２比較例では、各主永久磁石片４１と各副永久磁石片４３との周方向での境界位置に対応する位相で、コギングトルクが極大および極小となっている。

そして、このアキシャルギャップ型モータ１０を制御するモータ制御装置５０は、例えば図６に示すように、バッテリ５１を直流電源とするパワードライブユニット（ＰＤＵ）５２と、制御部５３とを備えて構成されている。

このモータ制御装置５０において、各モータユニット１０ａ，１０ｂの駆動および回生作動は制御部５３から出力される制御指令を受けてパワードライブユニット（ＰＤＵ）５２により行われる。
ＰＤＵ５２は、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、各モータユニット１０ａ，１０ｂと電気エネルギーの授受を行う高圧系のバッテリ５１が接続されている。
ＰＤＵ５２は、例えばアキシャルギャップ型モータ１０の駆動時等において制御部５３から入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）に基づき、ＰＷＭインバータにおいて各相毎に対をなす各トランジスタのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ５１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相の固定子巻線１２ａへの通電を順次転流させることで、各相の固定子巻線１２ａに交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。

ＰＤＵ５２に具備されるＰＷＭインバータは、例えば図７に示すように、各相毎に対をなすハイ側，ロー側Ｕ相トランジスタＵＨ，ＵＬおよびハイ側，ロー側Ｖ相トランジスタＶＨ，ＶＬおよびハイ側，ロー側Ｗ相トランジスタＷＨ，ＷＬをブリッジ接続してなるブリッジ回路５２ａと、平滑コンデンサ５２ｂとを備えて構成され、各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨはバッテリ５１の正極側端子に接続されてハイサイドアームを構成し、各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬはバッテリ５１の負極側端子に接続されローサイドアームを構成しており、各相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬおよびＶＨ，ＶＬおよびＷＨ，ＷＬはバッテリ５１に対して直列に接続され、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ−エミッタ間には、エミッタからコレクタに向けて順方向となるようにして、各ダイオードＤＵＨ，ＤＵＬ，ＤＶＨ，ＤＶＬ，ＤＷＨ，ＤＷＬが接続されている。

そして、ＰＷＭインバータは、例えばアキシャルギャップ型モータ１０の駆動時等において、制御部５３から入力されるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、パルス幅変調信号）に基づき、ＰＷＭインバータにおいて各相毎に対を成す各トランジスタＵＨ，ＵＬおよび各トランジスタＶＨ，ＶＬおよび各トランジスタＷＨ，ＷＬのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り換えることによって、バッテリ５１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、アキシャルギャップ型モータ１０の固定子巻線１２ａへの通電を順次転流させることによって、各相の固定子巻線１２ａに交流のＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。

なお、このアキシャルギャップ型モータ１０に具備される複数のステータ１２，…，１２の各固定子巻線１２ａは、例えば図７に示すように、各ステータ１２毎にデルタ結線されると共に各相毎に直列に接続されている。

制御部５３は、回転直交座標をなすｄｑ座標上で電流のフィードバック制御を行うものであり、例えば運転者のアクセル操作に係るアクセル開度等に応じて設定されるトルク指令Ｔｑｃから目標ｄ軸電流Ｉｄｃおよび目標ｑ軸電流Ｉｑｃを演算し、目標ｄ軸電流Ｉｄｃ及び目標ｑ軸電流Ｉｑｃに基づいて３相の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出し、各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに応じてＰＤＵ５２へゲート信号であるＰＷＭ信号を入力すると共に、実際にＰＤＵ５２からアキシャルギャップ型モータ１０に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値をｄｑ座標上に変換して得たｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑと、目標ｄ軸電流Ｉｄｃ及び目標ｑ軸電流Ｉｑｃとの各偏差がゼロとなるように制御を行う。

例えばアキシャルギャップ型モータ１０の駆動時に、制御部５３は、正弦波状の各相出力電圧と三角波等のキャリア信号とに基づくパルス幅変調により、ＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、パルス幅変調信号）を生成する。そして、ＰＷＭインバータにおいて３相の各相毎に対をなす各トランジスタＵＨ，ＵＬおよびＶＨ，ＶＬおよびＷＨ，ＷＬのオン（導通）／オフ（遮断）状態を切り替えることによって、バッテリ５１から供給される直流電力を３相交流電力に変換し、３相のアキシャルギャップ型モータ１０の各固定子巻線１２ａへの通電を順次転流させることで、各固定子巻線１２ａに交流のＵ相電流ＩｕおよびＶ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを通電する。
なお、各トランジスタＵＨ，ＵＬおよびＶＨ，ＶＬおよびＷＨ，ＷＬを、パルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させるためのパルスのデューティ、つまりオン／オフの比率のマップ（データ）は予め制御部５３に記憶されている。

このため、制御部５３には、ＰＤＵ５２からアキシャルギャップ型モータ１０の各相の固定子巻線１２ａ毎に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの少なくとも何れか２つ（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｗ相電流Ｉｗ等）を検出する電流センサ５４から出力される検出信号（例えば、Ｕ相検出電流Ｉｕｓ，Ｗ相検出電流Ｉｗｓ等）と、例えば座標変換の処理等において用いられるアキシャルギャップ型モータ１０の各ロータ１１の回転角θｍ（つまり、所定の基準回転位置からの各ロータ１１の磁極の回転角度であって、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏの回転位置）を検出する単一の位置センサ５５から出力される検出信号と、バッテリ５１の端子電圧（電源電圧）を検出する電圧センサ（図示略）から出力される検出信号とが入力されている。

この制御部５３は、例えば、目標電流設定部６１と、電流偏差算出部６２と、電流制御部６３と、非干渉制御器６４と、電圧補正部６５と、ｄｑ−３相変換部６６と、ＰＷＭ信号生成部６７と、フィルタ処理部６８と、３相−ｄｑ変換部６９と、回転数演算部７０とを備えて構成されている。

目標電流設定部６１は、トルク指令Ｔｑｃ（例えば、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量に応じて必要とされるトルクをアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏに発生させるための指令値）と、回転数演算部７０から入力されるアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏの回転数ＮＭとに基づき、ＰＤＵ５２からアキシャルギャップ型モータ１０に供給される各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを指定するための電流指令を演算しており、この電流指令は、回転する直交座標上でのｄ軸目標電流Ｉｄｃ及びｑ軸目標電流Ｉｑｃとして電流偏差算出部６２へ出力されている。

この回転直交座標をなすｄｑ座標は、例えば各ロータ１１の永久磁石による界磁極の磁束方向をｄ軸（界磁軸）とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸（トルク軸）としており、各ロータ１１の回転位相に同期して回転している。これにより、ＰＤＵ５２からアキシャルギャップ型モータ１０の各相に供給される交流信号に対する電流指令として、直流的な信号であるｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃを与えるようになっている。

電流偏差算出部６２は、ｄ軸目標電流Ｉｄｃとｄ軸電流Ｉｄとの偏差ΔＩｄを算出するｄ軸電流偏差算出部６２ａと、ｑ軸目標電流Ｉｑｃとｑ軸電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑを算出するｑ軸電流偏差算出部６２ｂとを備えて構成されている。

電流制御部６３は、例えばＰＩ（比例積分）動作により、偏差ΔＩｄを制御増幅してｄ軸電圧指令値ΔＶｄを算出し、偏差ΔＩｑを制御増幅してｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。

また、非干渉制御器６４は、例えばｄ軸目標電流Ｉｄｃおよびｑ軸目標電流Ｉｑｃと、予め記憶されているｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑとに基づき、ｄ軸とｑ軸との間で干渉し合う速度起電力成分を相殺してｄ軸及びｑ軸を独立して制御するために、ｄ軸及びｑ軸に対する各干渉成分を相殺するｄ軸補償項Ｖｄｃ及びｑ軸補償項Ｖｑｃを算出する。

電圧補正部６５は、ｄ軸電圧指令値ΔＶｄとｄ軸補償項Ｖｄｃとを加算して得た値をｄ軸電圧指令値Ｖｄとするｄ軸電圧加算部６５ａと、ｑ軸電圧指令値ΔＶｑとｑ軸補償項Ｖｑｃとを加算して得た値をｑ軸電圧指令値Ｖｑとするｑ軸電圧加算部６５ｂとを備えて構成されている。

ｄｑ−３相変換部６６は、ｄｑ座標上でのｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、静止座標である３相交流座標上での電圧指令値であるＵ相出力電圧ＶｕおよびＶ相出力電圧ＶｖおよびＷ相出力電圧Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ信号生成部６７は、例えば、正弦波状の各相出力電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、三角波からなるキャリア信号と、スイッチング周波数とに基づくパルス幅変調により、ＰＤＵ５２のＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令であるゲート信号（つまり、ＰＷＭ信号）を生成する。

フィルタ処理部６８は、各電流センサ５４，５４により検出された各相電流に対する検出信号Ｉｕｓ，Ｉｗｓに対して、高周波成分の除去等のフィルタ処理を行い、物理量としての各相電流Ｉｕ，Ｉｗを抽出する。

３相−ｄｑ変換部６９は、フィルタ処理部６８により抽出された各相電流Ｉｕ，Ｉｗと、位置センサ５５から入力されるアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏの回転位置に相当する回転角θｍとにより、アキシャルギャップ型モータ１０の回転位相による回転座標すなわちｄｑ座標上でのｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。

回転数演算部７０は、位置センサ５５から出力される検出信号からアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏの回転数ＮＭを算出する。

上述したように、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０によれば、互いの回転軸が同軸に連結された２つの第１モータユニット１０ａおよび第２モータユニット１０ｂによって、いわばアキシャルギャップ型モータ１０を多層化し、互いのロータ１１，１１同士は同位相としつつ、互いのステータ１２，１２同士には上記数式（１）に示す所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）を設定することから、アキシャルギャップ型モータ１０から出力可能なトルクは低減させずに、無通電時のコギングトルクおよび通電時のトルクリップルを適切に低減することができ、反回転方向のバックトルクの発生を抑制することができ、アキシャルギャップ型モータ１０の運転時の騒音や振動の発生を抑制することができる。

なお、上述した実施の形態では、アキシャルギャップ型モータ１０に具備される複数のステータ１２，…，１２の各固定子巻線１２ａは、各ステータ１２毎にデルタ結線されると共に各相毎に直列に接続されているとしたが、これに限定されず、例えば図８に示すように、各モータユニット１０ａ，１０ｂ毎において、１対のステータ１２，１２の各相毎に各固定子巻線１２ａを直列に接続すると共に、一方のステータ１２の各相の固定子巻線１２ａをデルタ結線とし、他方をステータ１２の各相の固定子巻線１２ａをスター結線とし、各モータユニット１０ａ，１０ｂの各１対のステータ１２，１２と１２，１２同士の間を並列に接続してもよい。
また、例えば図９に示すように、アキシャルギャップ型モータ１０に具備される複数のステータ１２，…，１２の各固定子巻線１２ａは、各ステータ１２毎にスター結線されると共に各相毎に並列に接続されてもよい。

なお、上述した実施の形態では、互いの回転軸が同軸に連結された２つの第１モータユニット１０ａおよび第２モータユニット１０ｂによって、いわばアキシャルギャップ型モータ１０を多層化するとしたが、これに限定されず、例えば図１０に示すように、互いの回転軸が同軸に連結された３つ以上のモータユニット（例えば、図１０では３つの各モータユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）によって、アキシャルギャップ型モータ１０を多層化してもよい。この場合には、少なくとも２つの適宜のモータユニットの一方および他方に対し、互いのロータ１１，１１同士は同位相としつつ、互いのステータ１２，１２同士には上記数式（１）に示す所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）を設定すればよい。

なお、上述した実施の形態では、ロータ１１は、１対の副永久磁石片４３，４３からなる副磁石部３２を備えるとしたが、これに限定されず、副磁石部３２は省略されてもよい。

本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの斜視図である。本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの径方向に対する要部断面図である。本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのステータを回転軸Ｏ方向から見た図である。本発明の一実施形態の第１，第２実施例および第１，第２比較例に係るアキシャルギャップ型モータのコギングトルクの波形を示す図である。本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのモータ制御装置の構成図である。本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのモータ制御装置のＰＤＵの構成および各ステータの固定子巻線の接続状態を示す図である。本発明の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの各ステータの固定子巻線の接続状態を示す図である。本発明の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの各ステータの固定子巻線の接続状態を示す図である。本発明の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの斜視図である。

符号の説明

１０アキシャルギャップ型モータ
１０ａ第１モータユニット（モータユニット）
１０ｂ第２モータユニット（モータユニット）
１１ロータ
１２ステータ（第１ステータ、第２ステータ）
２２ティース
２３スロット
４１主永久磁石片（主永久磁石）
４３副永久磁石片（副永久磁石）
５５位置センサ（位置検出手段）

Claims

互いの回転軸が同軸に連結された複数のモータユニットを備え、
前記モータユニットは、回転軸周りに回転可能なロータと、前記ロータの回転軸に平行な回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込むように対向配置された１対の第１ステータおよび第２ステータを備え、
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向であって周方向に配置された複数の主永久磁石を備え、
前記第１ステータおよび前記第２ステータは、周方向に配置されて前記回転軸方向に前記ロータに向かい突出すると共に互いに同位相となるように配置された複数のティースを備え、
前記複数のモータユニットのうち、少なくとも２つの適宜のモータユニットの一方および他方に対し、
前記一方の前記ロータの前記複数の主永久磁石と、前記他方の前記ロータの前記複数の主永久磁石とは、互いに同位相となるように配置され、
前記一方の前記１対の第１ステータおよび第２ステータの前記複数のティースと、前記他方の前記１対の第１ステータおよび第２ステータの前記複数のティースとは、互いに所定位相差を有するように配置されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
前記ロータの回転位置を検出する単一の位置検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向に直交する方向であって前記主永久磁石の端部近傍に配置された複数の副永久磁石を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
前記所定位相差の電気角度Ｄ（ｅｄｅｇ）は、前記モータユニットの極対数ｎと、前記ティースの周方向幅または周方向で隣り合う前記ティース間のスロットの周方向幅に相当する電気角度ｄ（ｅｄｅｇ）とに基づく所定数式
（０＜Ｄ≦（３６０／ｎ）−（ｄ／２））
により設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ。